多くの科学および工学分野の応用では、解析的に解くことができない非線形方程式に直面し、数値的手法が必要となることがよくあります。`scipy.optimize`モジュールは、このような方程式の根を求めるための強力なアルゴリズムを提供し、実世界のシステムのモデリングや解析を可能にします。このチャレンジでは、`scipy.optimize.root`を用いて物理プロセスを表す非線形方程式を解くことで、根を求める手法への理解を応用します。


import unittest
import user_code
import ast
import re   
import unittest
import importlib
import math
import re

class TestTask(unittest.TestCase):
    def test_solution_is_float(self):
        import user_code
        importlib.reload(user_code)
        func = getattr(user_code, 'solve_nonlinear_equation', None)
        _dynamic_test(
            self,
            callable(func),
            "solve_nonlinear_equation is defined and callable",
            "solve_nonlinear_equation function is missing or not callable"
        )
        result = func()
        _dynamic_test(
            self,
            isinstance(result, float),
            "Returned value is a float",
            f"Returned value is not a float: {result}"
        )

    def test_equation_is_solved(self):
        import user_code
        importlib.reload(user_code)
        func = getattr(user_code, 'solve_nonlinear_equation', None)
        eq_func = getattr(user_code, 'physical_process_equation', None)
        _dynamic_test(
            self,
            callable(func) and callable(eq_func),
            "Functions are callable",
            "solve_nonlinear_equation or physical_process_equation is missing or not callable"
        )
        root_val = func()
        val = eq_func(root_val)
        _dynamic_test(
            self,
            abs(val) < 1e-6,
            f"Root value {root_val} satisfies the equation (f(x) ≈ 0)",
            f"Root value {root_val} does not satisfy the equation: f(x) = {val}"
        )

    def test_initial_guess_used(self):
        code = ""
        with open("user_code.py", "r") as f:
            code = f.read()
        # Remove all whitespace for robust matching
        code_no_ws = re.sub(r"\s+", "", code)
        found = ("root(physical_process_equation,2.0" in code_no_ws)
        _dynamic_test(
            self,
            found,
            "Initial guess 2.0 is used in root-finding",
            "Expected initial guess of 2.0 in root-finding call"
        )

def _dynamic_test(test_case, condition, success_message, failure_message):
    if condition:
        test_case._testMethodName = success_message
        test_case.assertTrue(True, success_message)
    else:
        test_case._testMethodName = failure_message
        test_case.fail(failure_message)

def normalize_text(text):
    text = text.lower()
    text = re.sub(r"\s{2,}", " ", text)
    text = re.sub(r"\s*([,:?])\s*", r"\1 ", text)
    return text.strip()

def change_var(code: str, var_name: str, value: str) -> str:
    tree = ast.parse(code)
    lines = code.splitlines()
    for i, node in enumerate(tree.body):
        if isinstance(node, ast.Assign):
            for target in node.targets:
                if isinstance(target, ast.Name) and target.id == var_name:
                    start_line = node.lineno - 1
                    line = lines[start_line]
                    indent = ' ' * (len(line) - len(line.lstrip()))
                    lines[start_line] = f"{indent}{var_name} = {value}"
                    next_line = len(lines)
                    for next_node in tree.body[i+1:]:
                        if hasattr(next_node, 'lineno'):
                            next_line = next_node.lineno - 1
                            break
                    if next_line > start_line + 1:
                        lines[start_line+1:next_line] = []
                    
                    return '\\n'.join(lines)
    return code

if __name__ == "__main__":
    unittest.main()


test_main.py

強力な数学的バックグラウンドと中級から上級のPythonスキルを持つ学生を対象に、SciPyを活用した科学計算、最適化、積分、高度な数学的操作に焦点を当てた包括的なコースです。

科学計算のためのSciPyの構造、主要モジュール、および基本機能を探求します。

SciPyの強力な線形代数機能を活用し、実世界の数学的問題を解決します。

科学および工学の問題に対して、SciPy を用いた最適化手法と根探索アルゴリズムを習得します。

SciPyを使用した積分、補間、基本的な信号処理を含む高度な数学的操作を学びます。

チャレンジ：非線形方程式の解法

解答